MAPHEUS - Materialforschung unter Schwerelosigkeit

Der Name der Forschungsrakete Mapheus steht für “Materialphysikalische Experimente unter Schwerelosigkeit”

Physikalische Experimente im erdgebundenen Labor werden in vielen Fällen von der Schwerkraft negativ beeinflusst. In den Materialwissenschaften werden beispielsweise Prozesse in Metalllegierungen untersucht, die auf atomaren Größenskalen ablaufen. Entsprechende Experimente brauchen „Schwerelosigkeit“, um qualitativ hochwertige Resultate zu liefern. MAPHEUS, ein DLR Forschungsraketenprogramm, bietet materialphysikalischen Nutzlasten des DLR diese schwerelose Experimentierumgebung. Jährlich startet das DLR eine MAPHEUS Forschungsrakete, die (mit MAPHEUS-5 im Juni 2015) bis zu 260 km Höhe erreicht und damit mehr als 6 Minuten Schwerelosigkeit ermöglicht, bevor sie wieder in die Erdatmosphäre eintritt.

Mit Forschungsraketen wie MAPHEUS wird der Weltraum zum Labor für physikalische Experimente. Verglichen mit anderen Mikrogravitationsplattformen (beispielsweise Fallturm und Parabelflug) bieten Forschungsraketen wie MAPHEUS eine attraktive Kombination aus langen Experimentzeiten und einer hohen Qualität der Schwerelosigkeit. Durch die jährlichen Flüge besteht die Möglichkeit, eine Experimentanlage auf unterschiedlichen Flügen mit unterschiedlichen Proben zu bestücken und dadurch eine Vielzahl an wissenschaftlichen Resultaten zu gewinnen. Während des Aufstiegs ist die Rakete drallstabilisiert und rotiert um die eigene Längsachse. In 70 km Höhe eliminiert ein sogenanntes Yo-Yo System bzw. ein Rate-Control-System den Drall und leitet damit die Phase der Schwerelosigkeit ein. Nach Wiedereintritt in die Erdatmosphäre landen die wissenschaftlichen Experimente an einem Fallschirm.

Die materialphysikalische Nutzlast wird vom DLR Institut für Materialphysik im Weltraum ausgewählt, konzipiert, gebaut und wissenschaftlich betreut. Die Mobile Raketenbasis (MORABA) ist für die Raketensysteme (Servicesystem, Rate-Control-System und Bergungssystem) verantwortlich und führt gemeinsam mit SSC Esrange die Starts in Kiruna (Schweden) durch.

MAPHEUS-1 startete im Mai 2009, MAPHEUS-2 am 27. Oktober 2010 und MAPHEUS-3 am 25. November 2012.

MAPHEUS-4 startete am 15. Juli 2013 um 7.53 Uhr vom schwedischen Raketenstartplatz Esrange. Dabei kam eine einstufige Feststoffrakete S30 zum Einsatz, die die Nutzlast auf mehr als 154 km Höhe und in fast vier Minuten Schwerelosigkeit brachte. Nach den erfolgreichen Vorgängerflügen Mapheus-1 bis Mapheus-3 hatte die MORABA, die für die Konzeption der Trägerrakete und den Missionsbetrieb zuständig war, den brasilianisch-deutschen Raketenmotor S30 für Mapheus-4 adaptiert, um die Nutzlastkapazität und die Flughöhe deutlich zu steigern.

MAPHEUS-5 startete am 30. Juni 2015 von Esrange. Mit an Bord: Vier Experimente aus Materialphysik und Biologie. Hier kam eine zweistufige Trägerrakete zum Einsatz, die die Experimente bis in eine Höhe von 260 Kilometern beförderte. In den mehr als sechs Minuten Schwerelosigkeit wurde untersucht, wie Pflanzen auf die ungewohnte Situation reagierten. Es wurden Metallproben geschmolzen und geröntgt sowie kleine Kugeln unter Kamera-Beobachtung untereinander zur Kollision gebracht.

MAPHEUS-6 startete am 14. Mai 2017 von Esrange. An Bord: Experimente aus Materialphysik und Biologie mit Fokus auf Schwerkraftwahrnehmung biologischer Systeme und Eigenschaften metallischer Flüssigkeiten. Die Schwerelosigkeit dauert mehr als 6 Minuten; die Rakete erreichte eine Höhe von 254 Kilometern während des 10-minütigen Fluges.

MAPHEUS 7 startete am 17. Februar 2018 von Esrange. An Bord: Experimente aus Materialphysik und Biologie. Es kam erstmals eine zweistufige Trägerrakete bestehend aus einer brasilianischen S31 als Erststufe sowie einer Improved Malemute als Zweitstufe zum Einsatz. Durch diese Kombination wurde ein Flugprofil erreicht, das der VSB-30 gleicht, allerdings bei leicht reduzierter Payload Masse.

MAPHEUS 8 startete am 13. Juni 2019 von Esrange als Payload der ATEK Mission auf einer VSB-30 Trägerrakete. Für diese Mission wurden Tailcan und Finnen der S30 Zweitstufe sowie der Motoradapter mit umfangreicher Sensorik versehen zur Gewinnung von Daten über Druck- und Temperaturverteilungen, sowie über Gaskompositionen. Die materialphysikalischen und biologischen Experimente wurden 6 min der Schwerelosigkeit ausgesetzt.

Material Physics Rockets MAPHEUS-3/4: Flights and Developments; M. Siegl et al. (1,6 MiB)